어린 시절 집에 하나밖에 없던 카메라는 보물처럼 장롱 깊숙이 보관되었고, 그 카메라로 필름을 아끼면서 사진 한 장, 한 장 신중하게 찍던 기억이 난다. 지금은 디지털카메라에 휴대폰 카메라까지 또 자동차 블랙박스와 후방카메라 등 그야말로 비전 세상이라고 말할 수 있을 정도로 우리에게 카메라와 비전은 대중화를 넘어 생활화되어 있다. 

그와 달리 머신 비전은 아직 초기 단계라고 말할 수 있을 정도로 특정 산업 부분에서만 적용되고 있다. 아직 많은 산업현장, 생산현장에 대중화가 되지 않은 이유는 무엇일까? 물론 단순히 이미지만 찍는 것에서 벗어나 사람의 판단 능력과 인식 능력을 구현하기가 쉽지는 않지만, 많은 사람이 머신비전을 이용한 비전 검사를 너무 어렵게만 생각하고 있는 건 아닐까?

NAVI는 New Architecture for Vision Inspection의 약어이며, 그 이름이 상징하듯 독특한 설계 철학을 바탕으로 새로운 구조를 갖는 비전검사 소프트웨어이다. NAVI는 기존 머신 비전 사용자에게는 편리함을 제공하고, 새로운 사용자들에게는 어렵게만 느껴지던 장벽을 허물어 머신비전 시스템의 대중화를 이끌 것이다.

 

무엇을 검사할 것인지만 생각하자

 

머신비전 시스템을 구축하는데 많은 사람들이 어렵게 느끼는 부분은 어떻게 인식하고 검출할 것인지 막막하게 느껴지기 때문일 것이다. 어떻게 보면 당연한 이야기지만 무엇을 검사 할 것인가에 대한 부분은 명확한 경우가 많다. 예를 들어 바코드를 읽어서 결과를 전송하는 기능을 구현한다고 했을 때 무엇을 할 것인가에 대해서는 “사진을 찍는다” → “바코드를 읽는다” → “결과를 전송한다”와 같이 무엇을 할 것인가에 대해서는 명확하게 정리가 되지만, 사용자들이 어떻게 바코드를 읽는 기능을 구현할지에 대해서까지 생각하고 구현하기에는 무리가 따를 수밖에 없다. 

NAVI는 별도의 프로그래밍이 필요 없도록 구현한 비전검사 소프트웨어이다. 비전검사에 필요한 이미지 프로세싱, 측정, 인식 기능 등을 툴로 미리 구현했고, 그 툴들을 순서도처럼 조합해서 원하는 비전 검사를 구축하도록 설계했다. 사용자들은 무엇을 어떤 순서로 검사할지에 대해서만 구성하면 하나의 검사가 구축된다.

그림 1은 코끼리를 냉장고에 넣는 방법에 대한 그림이다. 어떻게 라는 부분을 고려하지 않고 무엇을 할 것인가에 집중하면 순서에 대한 작성은 간단히 구현 가능하다. 이와 같은 개념으로 바코드 Read에 대한 내용을 정리하면 아래와 같이 정리할 수 있다.

▲ 그림 1. 코끼리 냉장고에 넣는 순서

그림 2처럼 사용자들은 사진을 어떻게 찍을 것인지, 바코드를 어떻게 인식할 것인지, 결과를 어떻게 전송할지에 대해서는 고민하지 않아도 된다. 이미 어떻게 할지에 대해서는 NAVI의 툴에 구현되어 있기 때문이다. 그러므로 사용자들은 무엇을 검사할지, 어떤 순서로 동작시킬지에 대해서만 집중하면 된다. 

▲ 그림 2. 바코드 Read 순서

핵심 22개 비전 툴만 이해하자

 

기존 비전 검사 소프트웨어를 사용할 때 생각보다 많은 기능 때문에 어떤 기능을 써야 할지 고민스러웠던 분들이 많을 것으로 생각된다. 비슷한 기능을 갖는 검사들이 왜 그리 많은지, 그중 어떤 것을 선택해야 할지 고민스럽기도 하고, 매뉴얼을 찾아보면서 많은 노력과 시간을 투자해야만 했었다. 

NAVI는 비전 검사 분야에서 가장 널리 사용되는 핵심 툴 22개를 선별하여 적용했다. 비슷한 기능들 중 하나를 선택하느라 신경 쓰지 않고 바로 원하는 검사를 선택할 수 있다. 또 이 22가지 기능은 그룹별로 정리하여 사용자들이 쉽게 찾아 사용할 수 있도록 했다.

ㆍEnhance

☞ ‌비전 검사에 가장 적합한 이미지로 개선시켜 주는 이미지 전처리 Tool Set

ㆍMeasure 

☞ ‌측정 기반 애플리케이션 분야에서 사용되는 강력한 비전 Tool Set

ㆍLocate 

☞ ‌위치 기반 애플리케이션 분야에서 사용되는 강력한 비전 Tool Set

ㆍIdentify

☞ 까다로운 산업용 바코드(문자) 판독에 필요한 Tool Set

이 툴들에 대한 하나하나의 내용은 매뉴얼로 제공되며, 동영상을 통해 설명도 제공하고 있어 매우 쉽게 이해하고 사용할 수 있다.

그리고 각 툴들에 대한 선택의 폭은 최대한 보장하여 사용자들의 선택 폭을 최대한 늘리면서도 그 옵션 기능들에 대한 권장 값들은 자동으로 설정되도록 하여 편의성을 극대화했다. 예를 들어 “Find Line” 기능을 사용한다고 했을 때, 사용자는 Line을 찾는 방향에 대해서 4가지 옵션을 선택할 수 있다. 하지만 Image와 ROI 형태에 따라서 권장 설정값을 자동으로 지정해 주도록 하여 초보 사용자도 쉽게 사용할 수 있고 고급 사용자에게는 편리함을 제공하도록 했다. 그림 3은 “Find Line” 사용 시 좌측 ROI와 우측 ROI 지정 시에 방향성에 대해서 권장 값이 자동으로 설정된 부분을 보여주고 있다.

▲ 그림 3. 옵션 자동 설정 기능

튜토리얼을 통해 프로젝트도 끝낸다

 

NAVI는 쉽게 배우고 사용할 수 있는 사용자 편의성을 최대한 고려하여 구현했다. 앞에 설명했던 옵션에 대한 자동 설정 기능도 그와 같은 설계 철학이 반영된 것이라고 할 수 있다. 

NAVI의 UI는 거의 모든 기능을 Main 창에 버튼으로 배치했다. 최초 실행 후 처음 나타나는 Main 창을 통해 어떻게 써야겠다는 힌트를 얻을 수 있을 것이다. 대부분의 기능이 버튼으로 되어 있으며 버튼에는 어떤 기능인지를 나타내는 아이콘이 있으므로 필요한 기능을 찾아 메뉴 창을 일일이 찾아 헤맬 필요가 없다.

▲ 그림 4. 쓰기 쉬운 직관적인 UI

Main 화면에 배치된 튜토리얼은 실제 검사예제를 통해서 NAVI의 사용방법을 쉽게 이해 할 수 있도록 구성했다. 사용자들은 튜토리얼을 실행하여 설정한 검사 순서를 확인하며 비전 검사 설정 방식에 대한 접근법을 익힐 수 있다. 각 기능들에 대한 세부 사용 방법도 툴 하나하나 선택하여 확인할 수 있다. 또 튜토리얼로 제공한 이미지들을 이용하여 직접 검사 프로젝트를 만들면서 튜토리얼과는 다른 각자 자기만의 검사 방법을 생각해 볼 수도 있을 것이다. 

튜토리얼은 여러 산업 분야의 비전 검사를 아우를 수 있도록 구성했으며, 사용자들이 쉽게 익힐 수 있도록 매뉴얼과 동영상 강좌 등을 제공하고 있다. 튜토리얼을 일부 수정하는 것만으로도 사용자들이 실제 사용할 프로젝트를 만들 수 있도록 제공하고자 하며, 지속적으로 튜토리얼 내용을 업데이트할 계획이다. 

 

전체 디자인 사이클까지 줄여준다

 

NAVI는 비전 검사 그 자체에 대한 내용뿐만 아니라 비전 시스템을 구축하는 전체 과정을 단축하기 위한 부분까지 고려하여 차별화된 기능을 제공한다. 그 기능들은 크게 3가지 기능이며 아래와 같다.

ㆍImageGen : 현장 적용 및 디버깅 시간을 획기적으로 줄여주기 위한 툴이다.

ㆍVisionGuider : 전문 지식이 없더라도 검사에 필요한 최적의 비전 컴포넌트를 선정해주는 도우미 툴이다.

ㆍSmartSetup : 최적의 검사 환경 설정을 도와주는 도우미 툴이다.

“ImageGen”은 실제 환경 모델 기반으로 테스트 이미지를 생성하는 툴이다. 실제 환경에서 발생할 수 있는 카메라 위치 편차, 진동 혹은 포커스 편차, 조명 상태의 불균일 및 노이즈와 이물 또는 훼손 등의 상황별 모델을 영상처리 알고리즘과 결합하여, 가상 테스트 이미지를 생성하도록 했다. 

“Vision Guider”는 전문가들의 영역으로만 생각했던 비전 컴포넌트 선정에 대한 부분을 NAVI를 사용하는 사용자 누구나 쉽게 가이드 받을 수 있도록 만든 툴이다. 비전 컴포넌트는 다양한 고려 사항들이 있고 서로 간에 얽혀 있는 내용이 많은데, 사용자 요구사항들에 대한 부분을 단계적으로 입력 받아서 판단할 수 있도록 구성했다. 

마지막으로 “Smart Setup”은 사용자가 카메라 및 렌즈, 조명을 설치하고 정상적으로 설치되었는지 확인하는 기능을 제공한다. Histogram, Line Profile, Focus 및 Contrast에 대한 정보를 제공하여 최적의 설정을 찾아주도록 도와준다.

▲ 그림 5. 실제 환경에서 발생 가능한 에러 상황 및 상황별 모델 영상 처리 알고리즘

▲ 그림 6. 사용자 요구사항을 통한 비전 컴포넌트 선정 ‘Vision Guider’

▲ 그림 7. Smart Setup

머신비전의 대중화를 위하여

 

이처럼 NAVI는 비전 검사에 대한 초보자도 손쉽게 비전 검사 솔루션을 구축할 수 있도록 하고, 고급 사용자들도 쉽고 빠르게 비전 검사를 할 수 있도록 설계했다. 튜토리얼 기반의 학습방식도 쉽고 빠르게 사용법을 익힘과 동시에 약간의 수정으로 실제 프로젝트를 만들 수 있도록 구성했다. 또 비전 검사뿐만 아니라 전체 솔루션 구축 사이클을 줄여주어 전체적인 솔루션 구축비용을 절감하기 위한 부분까지 고려했다. 

이처럼 그동안 볼 수 없었던 새로운 설계 철학을 적용한 스마트한 비전 검사 소프트웨어 NAVI를 통해 비전 검사는 어렵고 돈이 많이 든다는 선입견을 깨고 머신비전의 대중화를 이끌 것이다. 

김형균 _ 라온피플 기술이사